Sylabus
1.A Základní pojmy model fluidní mosaiky (Singer & Nicholson) klasifikace buněčných membrán podle organel přehled fyzikálních metod studia biomembrán - mrazové leptání rozdíly v chemickém složení biomembrán různého původu, transversální a laterální asymetrie. 1.B Membránové lipidy klasifikace membránových lipidů, jejich chemická struktura. 2.A Základní pojmy termodynamiky enthalpie, Gibbsova volná energie, chemický potenciál, van't Hoffova enthalpie (viz fázové přechody). 2.B Struktura vody a hydrofóbní efekt vodíkové můstky v kapalné vodě, podstata hydrofóbního jevu, škála hydrofobicity (alkany/alkeny), effekt iontové síly. 2.C Agregáty membránových lipidů/lipidový polymorfismus rentgenová strukturní analýza/důkaz polymorfismu lipidová dvojvrstva/orientace lipidů v dvojvrstvě struktura nehydratovaných krystalů - La , Lb , Lb' fáze lamelární a hexagonální fáze detekce HII fáze pomocí 31P NMR detekce HII fáze pomocí elektronové mikroskopie. 2.D Termodynamické aspekty tvorby lipidových agregátů rozpustnost uhlovodíků ve vodě, kritická micelární koncentrace nelamelární agregáty - role nelamelárních struktur v biomembránách vztah mezi mechanickými parametry membrán a chemickým potenciálem lipidů v agregátech geometrické aspekty tvorby agregátů různého typu. 3.A Fázové přechody v agregátech lipidů termotropní a lyotropní fázové přechody trans-gauche isomerizace/geometrické důsledky diferenciální skanovací mikrokalorimetrie teplota fázového přechodu Tm, Tc teplotní průběh DG, DH, cp vliv polárních hlaviček a délky acylových řetězců na Tm vliv pH a iontové síly na Tm kooperativnost fázových přechodů a její příčiny van't Hoffova enthalpie jako míra kooperativnosti vliv cholesterolu a membránových bílkovin na fázové přechody La-HII přechody segregace gelových a kapalně krystalických domén v lipidových membránách. 4.A Modely biologických membrán monovrstvy, diagramy p(povrchový tlak) vs A(plocha povrchu) LB (Langmuir-Blodgetové) filmy na pevné podložce dvojvrstvy - BLM liposomy - klasifikace podle velikosti, způsoby jejich přípravy, možnosti využití. 5.A Membránové proteiny alfa-helix, beta-skládaný list stabilizující interakce terciálních struktur kyselé, basické, polární a nepolární postranní řetězce klasifikace proteinů dle vazby na membránu (7 způsobů). 5.B Purifikace membránových proteinů a stanovení jejich struktury metody purifikace detergenty (HLB škála) SDS - PAGE gelová filtrace spektroskopické metody studia struktury proteinů krystalizace proteinů a RTG analýza proteinů škála hydrofobicity postranních řetězců, index hydropathie. 5.C Příklady struktury membránových proteinů fotosyntetické reakční centrum bakteriorodopsin. 5.D Syntéza membránových proteinů v ER signální peptid signal-recognition particle stop-transfer peptid. 6.A Fluidita biomembrán jaké formy pohybu lipidů zahrnuje pojem fluidity metody studia fluidity spinové EPR sondy (detekce flip-flop) D-NMR, parametr uspořádanosti měření laterální a rotační difuse proteinů a lipidů, FRAP excimerové sondy role cytoskeletu/Saffman-Delbröckův model laterální difuze membránových bílkovin depolarizace fluorescence, stacionární depolarizace, časově rozlišená depolarizace DPH jako fluorescenční sonda pro měření uspořádanosti lipidové dvojvrstvy. 7.A Vztah mezi fluiditou a funkcí membrán Jaký je poměr mezi plochou zaujímanou proteiny a plochou zaujímanou lipidy v membránách? Potřebují proteiny ke své funkci lipidy? beta-hydroxypuryvát dehydrogenása puryvát oxidáza Ca2+ ATP-áza Na+/K+ ATP-áza konformační přizpůsobení vliv fázové separace cytoskelet homeoviskosní adaptace. 8.A Membránový potenciál membránový potenciál jako zdroj energie (protonový gradient) pasivní difuse iontů přes membránu iontová permeabilita - Bornův model vztah mezi Dy a DQ (tj. efekt nabíjení membránového kondenzátoru) vnitřní dipólový potenciál povrchový potenciál (teorie Gouy-Chapmanova) povrchové pH vs objemové pH media. 8.B Donnanova rovnováha (Donnanův potenciál) Nernst-Donnanův potenciál Gibbs-Donnanova rovnováha elektrická dvojvrstva (Debyeova tloušťka). 8.C Rovnážný potenciál - steady state rovnost toku náboje Nernstova-Planckova rovnice Goldmanova rovnice Hodgkin-Horowitzova rovnice. 8.D Metody měření membránového potenciálu měření pomocí mikroelektrod měření pomocí radioaktivních hydrofóbních iontů fluorescenční sondy redistribuční a elektrochromní kalibrace membránového potenciálu pomocí valinomycinu. 9. Iontové kanály póry transportéry (přenašeče) symport a antiport (viz Gennis str. 302) pumpy, konkrétně Na+/K+ ATP-áza hydratační energie Eisenmannova teorie iontové selektivity kanály řízené elektrickým polem kanály chemicky regulované amfotericin B. 10.
Fúze membrán způsoby navození fúze mechanismus fúze. 11.Zachycení a přenos chemických signálů Co jsou signální molekuly a jak jsou distribuovány? Lokální mediátory, neurotransmitery, hormony. autokrinnní signály gap junction třídění povrchových receptorů receptory G-proteinů, G-proteiny kinázy cAMP jako druhý posel Ca2+ jako druhý posel inositolová signální dráha calmodulin.oteinů a lipidů, FRAP excimerové sondy role cytoskeletu/Saffman-Delbröckův model laterální difuze membránových bílkovin depolarizace fluorescence, stacionární depolarizace, časově rozlišená depolarizace DPH jako fluorescenční sonda pro měření uspořádanosti lipidové dvojvrstvy.
Anotace
Struktura a složení biomembrán. Membránové lipidy. Membránové proteiny.
Topografie membrán. Lipid-proteinové interakce. Interakce malých molekul s membránami. Elektrické vlastnosti membrán, membránový potenciál. Póry, kanály a přenašeče. Fúze membrán. Spektroskopie biologických membrán.
Biogeneze membrán.